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失效分析之电子篇：扫描电子显微镜分析
时间：2022-03-24 15:20:00
来源：上海机器人产业技术研究院
作者：小R
你见过世界上最小的马桶么？05年“最奇特之物”微观图大赛的一幅参赛作品震撼了所有人，这是中芯国际集成电路制造(上海)有限公司利用先进的0.13微米制造工艺制造出的目前世界上最小的马桶，这个超迷你“马桶”的直径只有0.2微米，我们看到的这张图是实物放大一万五千倍的图像，而图像放大功能是由电子扫描显微镜实现的。本期带您一起了解人类探索微观世界的工具-扫描电子显微镜。
▍关于扫描电子显微镜
扫描电子显微镜（SEM）是以电子束作为照明源，把聚焦的很细的电子束以光栅状扫描方式照射到试样上，产生各种与试样性质有关的信息，然后加以收集和处理从而获得微观形貌放大像。
工作原理：顶部电子光源发射电子，电子在加速电压（通常200V~30KV）的作用下，经过两三个电磁透镜聚成一束很细的电子束，该入射电子束在物镜上方扫描线圈的驱动下，在试样表面的微小区域作有序的光栅扫描。
由于高能电子束入射试样后在其表面会激发出二次电子、背散射电子、X射线和俄歇电子等多种信息。这些信息由相应的机器人智能化探测器检测，经放大后传送到显示屏上来调制显示屏的亮度。扫描电镜就是采用这种逐行扫描、逐点成像的方法，把试样表面的不同信息特征按顺序依次成比例地转换成视频信号，从而使我们在荧光屏上能观察到与样品表面相对应的经放大后的显微形貌图像。
▍扫描电子显微镜的特点
1、能够直接观察样品表面的结构
2、样品制备过程简单，不用切成薄片
3、可以对样品进行多角度观察
4、景深大，图象富有立体感
5、图象的放大范围广，分辨率高
6、电子束对样品的损伤与污染程度较小
7、配备EDS，EBSD等装置作微区成分分析
▍扫描电子显微镜的典型应用
纳米尺寸分析
扫描电镜大的放大倍数和高分辨，可以很好地对纳米尺寸材料进行分析研究。
材料断口分析
扫描电镜景深大，图像三维立体感强，可以很好地还原材料断口的形貌，分析断裂原因。
试样表面形貌分析
扫描电镜二次电子像分辨率高，对形貌特征敏感，可以直接观察试样凹凸不平表面的细微结构。
试样的成分分析
扫描电镜可以通过背散射电子像和能谱仪对样品的成分进行分析。
▍扫描电子显微镜关键参数
失效分析中心配置的ZEISS sigma500扫描电子显微镜，可满足客户各种微观形貌分析需求。
1、分辨率：≤1.0nm@15KV，≤1.8 nm@1kV （二次电子）（非样品台减速模式下）
2、放大倍率：10-1,000,000倍, 根据加速电压和工作距离的改变，放大倍数自动校准，低倍率与高倍率无需任何模式更换
3、电子枪：肖特基热场发射电子枪
4、加速电压或着陆电压范围：0.02kV ～ 30 kV，步进10V，连续可调；连续可调；最低加速电压20V（非样品台减速模式）
5、可对铁磁性和易磁性材料进行2mm内短距离高分辨成像
6、束流稳定性: 优于0.2%/h, 抗噪声性能优于1%/h
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